Реактивный самолет

«Реактивный самолет» перенаправляется сюда. Об альбоме Румынии Монтевидео см. Jet Plane .

McDonnell Douglas DC-10 авиакомпании Continental Airlines является примером Trijet . конфигурации

Реактивный самолет (или просто реактивный самолет ) — это летательный аппарат (почти всегда самолет с неподвижным крылом ), приводимый в движение одним или несколькими реактивными двигателями .

В то время как двигатели винтовых самолетов обычно достигают максимальной эффективности на гораздо меньших скоростях и высотах, реактивные двигатели достигают максимальной эффективности на скоростях, близких к скорости звука или даже значительно превышающих ее . Реактивные самолеты обычно наиболее эффективно летают со скоростью около 0,8 Маха (981 км / ч (610 миль в час)) и на высоте около 10 000–15 000 м (33 000–49 000 футов) или более.

Идея реактивного двигателя не была новой, но связанные с ней технические проблемы не могли быть решены до 1930-х годов. Фрэнк Уиттл , английский изобретатель и офицер Королевских ВВС , начал разработку жизнеспособного реактивного двигателя в 1928 году. и Ганс фон Охайн в Германии начали работать независимо в начале 1930-х годов. В августе 1939 года с турбореактивным двигателем Heinkel He 178 первый в мире реактивный самолет совершил свой первый полет. Существует широкий спектр различных типов реактивных самолетов как гражданского, так и военного назначения.

История

Heinkel He 178 был первым самолетом, полетевшим на турбореактивном двигателе, август 1939 года.

После первого случая полета с двигателем было предложено большое количество конструкций реактивных двигателей. Рене Лорен , Мориз, Харрис предложили системы создания струйного истечения.

После того, как были запущены другие реактивные двигатели, румынский изобретатель Анри Коанда заявил, что в 1910 году построил самолет с реактивным двигателем, Коанда-1910 . Однако, чтобы подтвердить это утверждение, ему пришлось внести существенные изменения в рисунки, которые он использовал для обоснования своих впоследствии опровергнутых утверждений. Фактически, двигатель с канальным вентилятором дал обратный эффект, поджег самолет еще до того, как были совершены какие-либо полеты, и в нем отсутствовали почти все функции, необходимые для реактивного двигателя, включая отсутствие впрыска топлива и любые опасения по поводу истечения горячей струи. направлен на легковоспламеняющуюся поверхность ткани.

В 1920-е и 1930-е годы было опробовано несколько подходов. различные самолеты с реактивными , турбовинтовыми , импульсными и ракетными двигателями Были спроектированы . В Германии проводились исследования ракетных двигателей, и первым самолетом, летавшим на ракетной мощности, был Lippisch Ente в 1928 году. Ранее Ente летал как планер. В следующем, 1929 году, Opel RAK.1 стал первым специально созданным ракетным самолетом, совершившим полет.

Турбореактивный двигатель был изобретен в 1930-х годах независимо Фрэнком Уиттлом , а затем Гансом фон Охайном . Первым турбореактивным самолетом, совершившим полет (Германия), был Heinkel He 178 27 августа 1939 года в Ростоке , оснащенный двигателем конструкции фон Охайна. Во многом это было подтверждением концепции, поскольку проблема « ползучести » (усталости металла, вызванной высокими температурами внутри двигателя) не была решена, и двигатель быстро перегорел. Конструкция фон Охайна, двигатель с осевым потоком, в отличие от двигателя с центробежным потоком Уиттла, в конечном итоге была принята большинством производителей к 1950-м годам.

Первым полетом реактивного самолета, привлекшим внимание общественности, стал прототип итальянского Caproni Campini N.1, реактивного двигателя совершивший полет 27 августа 1940 года. Это был первый реактивный самолет, признанный Международной авиационной федерацией (в то время немецкая программа He 178 все еще держалась в секрете). Кампини начал разработку реактивного двигателя в 1932 году; он отличался от настоящего турбореактивного двигателя тем, что турбина приводилась в движение поршневым двигателем, а не сжиганием газов турбины, что было гораздо более сложным решением.

Боинг 707

Британский экспериментальный Gloster E.28/39 впервые поднялся в воздух 15 мая 1941 года с турбореактивным двигателем сэра Фрэнка Уиттла . Американский самолет Bell XP-59A совершил полет 1 октября 1942 года, используя два экземпляра версии двигателя Уиттла, построенного компанией General Electric . Метеор был первым серийным самолетом, первые заказы на серийные образцы были сделаны 8 августа 1941 года. прототип совершил первый полет 5 марта 1943 года, а первый серийный самолет - 12 января 1944 года, а первые заказы на производство самолетов Ме 262 поступили только 25 мая 1943 года, а первый серийный Ме 262 поднялся в воздух только 28 марта 1944 года. несмотря на то, что программа Me 262 началась раньше, чем программа Meteor, под названием Projekt 1065, а первоначальные планы были составлены командой дизайнеров Вальдемара Фойгта в апреле 1939 года.

Мессершмитт Ме-262 был первым действующим реактивным истребителем . Произведенный Германией во время Второй мировой войны и поступивший на вооружение 19 апреля 1944 года в Erprobungskommando 262 в Лехфельде, к югу от Аугсбурга. Me 262 одержал первую боевую победу реактивного истребителя 26 июля 1944 года, за день до того, как британский Gloster Meteor поступил на вооружение. Me 262 впервые поднялся в воздух 18 апреля 1941 года, но массовое производство началось только в начале 1944 года, когда первые эскадрильи вступили в строй в том же году, что было слишком поздно, чтобы какое-либо влияние на исход Второй мировой войны . Хотя во время Второй мировой войны в эксплуатации находилось всего около 15 «Метеоров», было произведено до 1400 Me 262, из которых 300 поступили в бой. Только реактивный Мессершмитт Ме 163 Комет был более быстрым боевым самолетом во время войны.

Примерно в это же время, в середине 1944 года, британский «Метеор» использовался для защиты Великобритании от летающей бомбы Фау-1 (фау-1 сам по себе был самолетом с импульсным реактивным двигателем и прямым предком крылатой ракеты) , а затем для наземных атак. операции над Европой в последние месяцы войны. В 1944 году Германия приняла на вооружение реактивный разведчик и бомбардировщик Arado Ar 234 , хотя в основном использовался в прежней роли, а Heinkel He 162 Spatz. однореактивный легкий истребитель в конце 1944 года появился СССР испытал свой собственный Березняк-Исаев Б.И. -1 в 1942 году, но проект был свернут лидером Иосифом Сталиным в 1945 году. Императорский флот Японии также разработал реактивные самолеты в 1945 году, в том числе Nakajima J9Y Kikka , модифицированную и немного уменьшенную версию Me 262 со складывающимися крыльями. К концу 1945 года США приняли на вооружение свой первый реактивный истребитель Lockheed P-80 Shooting Star , а Великобритания — второй истребитель de Havilland Vampire .

В 1948 году США приняли на вооружение свой первый реактивный бомбардировщик North American B-45 Tornado . Он был способен нести ядерное оружие, но использовался для разведки над Кореей. 8 ноября 1950 года, во время Корейской войны , лейтенант ВВС США Рассел Дж. Браун, летая на F-80 , перехватил два северокорейских МиГ-15 возле реки Ялу и сбил их в первом же заходе на самолет. -реактивный воздушный бой в истории. Великобритания приняла на вооружение English Electric Canberra в 1951 году как легкий бомбардировщик . Он был спроектирован так, чтобы летать выше и быстрее, чем любой перехватчик .

Concorde предоставлявшим был старейшим коммерческим предприятием SST, услуги с 1976 по 2003 год.

BOAC осуществила первый коммерческий реактивный рейс из Лондона в Йоханнесбург В 1952 году de Havilland Comet на реактивном лайнере . Этот инновационный самолет летал гораздо быстрее и выше, чем винтовые самолеты, был намного тише, плавнее и имел стильные смешанные крылья со скрытыми реактивными двигателями. Однако из-за конструктивного дефекта и использования алюминиевых сплавов самолет испытал катастрофическую усталость металла, что привело к нескольким авариям. что дало время Боингу 707 поступить на вооружение в 1958 году и, таким образом, доминировать на рынке гражданских авиалайнеров. Было обнаружено, что подвешенные двигатели дают преимущество в случае утечки топлива, поэтому Боинг 707 сильно отличался от Кометы: Боинг 707 имеет форму, которая практически такая же, как у современных самолетов, с заметной общностью, которая все еще очевидна для самолетов сегодня. пример с Боингом 737 (фюзеляж) и А340 (однопалубный, стреловидное крыло, четыре двигателя под крылом).

Турбореактивные самолеты с гораздо большей топливной эффективностью начали поступать на вооружение в 1950-х и 1960-х годах и стали наиболее широко используемым типом реактивных самолетов.

Ту -144 Сверхзвуковой транспортный был самым быстрым коммерческим реактивным самолетом со скоростью 2,35 Маха (2503 км / ч (1555 миль в час)). Он поступил на вооружение в 1975 году, но вскоре после этого был выведен из коммерческой эксплуатации. развивающий скорость 2 Маха Конкорд, , поступил на вооружение в 1976 году и пролетел 27 лет.

Самым быстрым военным реактивным самолетом был SR-71 Blackbird, развивавший скорость 3,35 Маха (3661 км/ч (2275 миль в час)).

Другие самолеты

Большинство людей используют термин «реактивный самолет» для обозначения газотурбинных воздушно-реактивных двигателей , но ракеты и ГПВРД также приводятся в движение реактивной тягой.

Sikorsky S-69 представлял собой составной вертолет со вспомогательными турбореактивными двигателями.

Крылатые ракеты представляют собой беспилотные реактивные самолеты одноразового использования, приводимые в движение преимущественно прямоточными воздушно-реактивными двигателями или турбореактивными двигателями, а иногда и турбовентиляторными двигателями, но они часто имеют ракетную двигательную установку для начального движения.

Самый быстрый воздушно-реактивный самолет - беспилотный прямоточный воздушно-реактивный двигатель X-43, развивающий скорость около 9–10 Маха.

Самый быстрый пилотируемый (ракетный) самолет — Х-15 со скоростью 6,85 Маха.

Спейс шаттл , хотя и был намного быстрее, чем X-43 или X-15, не считался самолетом во время подъема, поскольку он переносился баллистически за счет тяги ракеты, а не воздуха. При входе в атмосферу он был классифицирован (как планер) как самолет без двигателя. Первый полет состоялся в 1981 году.

Bell 533 (1964 г.), Lockheed XH-51 (1965 г.) и Sikorsky S-69 (1977–1981 гг.) являются примерами сложных конструкций вертолетов , в которых реактивный выхлоп добавлял к прямой тяге. Hiller YH-32 Hornet и сверхлегкий вертолет Fairey были среди многих вертолетов, винты которых приводились в движение законцовыми реактивными двигателями .

с реактивным двигателем Существуют вингсьюты , приводимые в движение реактивными двигателями моделей самолетов, но они кратковременны и их необходимо запускать на высоте.

Аэродинамика

Из-за особенностей их работы типичная скорость выхлопа реактивных двигателей околозвуковая или выше, поэтому большинству реактивных самолетов необходимо летать на высоких скоростях, либо сверхзвуковых , либо на скоростях чуть ниже скорости звука (« трансзвуковые »), чтобы достичь эффективности. полет. Поэтому аэродинамика является важным фактором.

Реактивные самолеты обычно проектируются с использованием правила площади Уиткомба , которое гласит, что общая площадь поперечного сечения самолета в любой точке вдоль самолета от носовой части должна быть примерно такой же, как у корпуса Сирса-Хаака . Форма с таким свойством сводит к минимуму образование ударных волн, которые приводят к потере энергии.

Реактивные двигатели

Основная статья: Реактивный двигатель

Существует несколько типов двигателей, которые работают за счет выброса горячего газа:

Lockheed SR-71 был одним из самых быстрых реактивных самолетов, летавших со скоростью 3,35 Маха (3661 км/ч (2275 миль в час).

• турбореактивный двигатель
• ТРДД (которые бывают двух основных видов: ТРДД с малым байпасом и ТРДД с большим байпасом )
• ракета

Различные типы используются для разных целей.

Ракеты являются самым старым типом и в основном используются, когда необходимы чрезвычайно высокие скорости или работа на чрезвычайно больших высотах, где недостаточно воздуха для работы реактивного двигателя. Из-за экстремальной, обычно гиперзвуковой , скорости выхлопа и необходимости иметь на борту окислитель, они очень быстро расходуют топливо, что делает их непрактичными для повседневной транспортировки.

Турбореактивные двигатели - второй старейший тип; они имеют высокую, обычно сверхзвуковую, скорость выхлопа и малое лобовое сечение, поэтому лучше всего подходят для высокоскоростного, обычно сверхзвукового полета. Хотя когда-то они широко использовались, они относительно неэффективны по сравнению с турбовинтовыми и турбовентиляторными двигателями для дозвуковых полетов. Последними крупными самолетами, использовавшими турбореактивные двигатели, были сверхзвуковые транспортники «Конкорд» и Ту-144 .

Турбореактивные двигатели с малой двухконтурностью имеют более низкую скорость выхлопа, чем турбореактивные двигатели, и в основном используются для высоких звуковых, околозвуковых и низких сверхзвуковых скоростей. ТРДДД с большим двухконтурным режимом относительно эффективны и используются на дозвуковых самолетах, таких как авиалайнеры.

Летные характеристики

Реактивные самолеты летают значительно иначе, чем винтовые .

Единственное отличие состоит в том, что реактивные двигатели реагируют относительно медленно. Это усложняет маневры взлета и посадки. В частности, во время взлета пропеллерные авиационные двигатели обдувают крылья воздухом, что обеспечивает большую подъемную силу и более короткий взлет. Эти различия заметили некоторых первых пилотов BOAC Comet .

Пропульсивная эффективность

Основная статья: Пропульсивная эффективность

В самолетах общая тяговая эффективность $\eta$ — это эффективность в процентах, с которой энергия, содержащаяся в топливе транспортного средства, преобразуется в полезную энергию для возмещения потерь из-за сопротивления воздуха , силы тяжести и ускорения. Его также можно определить как долю механической энергии, фактически использованной для приведения в движение самолета. Оно всегда меньше 100% из-за потерь кинетической энергии на выхлопе и далеко не идеального КПД двигательного механизма, будь то пропеллер , реактивный выхлоп или вентилятор. Кроме того, тяговая эффективность во многом зависит от плотности воздуха и скорости полета.

Математически это представляется как $\eta =\eta _{c}\eta _{p}$ где $\eta _{c}$ - это эффективность цикла и $\eta _{p}$ - это тяговый КПД. КПД цикла в процентах представляет собой долю энергии, которую можно получить от источника энергии и которая преобразуется двигателем в механическую энергию .

Зависимость движительного КПД ( $\eta _{p}$) от соотношения скорость транспортного средства к скорости выхлопа (v/c) для ракетных и реактивных двигателей

Для реактивных самолетов тяговая эффективность (по сути, энергоэффективность ) является самой высокой, когда двигатель выбрасывает струю выхлопных газов со скоростью, которая равна или почти равна скорости транспортного средства. Точная формула для воздушно-реактивных двигателей, приведенная в литературе: является

$\eta _{p}={\frac {2}{1+{\frac {c}{v}}}}$

где c — скорость выхлопа, а v — скорость самолета.

Диапазон

Основная статья: Диапазон (самолет)

Для реактивного самолета большой дальности, работающего в стратосфере , скорость звука постоянна, следовательно, полет с фиксированным углом атаки и постоянным числом Маха заставляет самолет набирать высоту, не меняя значения местной скорости звука. В этом случае:

$V=aM$

где $M$ – крейсерское число Маха и $a$ местная скорость звука. Уравнение дальности можно представить в виде:

$R={\frac {aM}{c_{T}}}{\frac {C_{L}}{C_{D}}}ln{\frac {W_{1}}{W_{2}}}$

которое известно как уравнение дальности Бреге в честь пионера французской авиации Луи Шарля Бреге .

См. также

• Coanda-1910 - Страницы самолетов с краткими описаниями целей перенаправления. Страницы с краткими описаниями без пробелов.
• Коммерческая авиация - Транспортная система, предоставляющая в аренду воздушный транспорт.
• След – длинные тонкие искусственные облака, которые иногда образуются за самолетами.
• Реактивный авиалайнер - Пассажирский самолет с реактивными двигателями.
• Шум струи - Шум, создаваемый струями.
• Jumbo jet - авиалайнер с двумя проходами.
• Очень легкий реактивный самолет - класс малых реактивных самолетов массой менее 10 000 фунтов.
• Список реактивных самолетов Второй мировой войны

Ссылки

Библиография

• Батлер, Фил; Баттлер, Тони (2006). Gloster Meteor: знаменитый британский реактивный самолет первого поколения . Суррей, Великобритания: Midland Publishing. п. 23. ISBN  1-85780-230-6 .
• Лутц Варсиц: Первый пилот реактивного самолета - История немецкого летчика-испытателя Эриха Варзица , Pen and Sword Books Ltd., Англия, 2009 г., ISBN   978-1-84415-818-8 , английское издание
• Рэдингер, Уилл; Шик, Уолтер Шик (1996). Мне 262 (на немецком языке). Берлин: Avantic Verlag GmbH. ISBN  978-3-925505-21-8 .

Внешние ссылки

• Официальный сайт Эриха Варзица (первого в мире пилота реактивного самолета), включая редкие видеоролики (Heinkel He 178) и аудиокомментарии.